【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及弥散介质光学参数分布的重建探测装置和光学参数分布的重建方法。
技术介绍
弥散介质内部光学参数分布的重建是通过分析介质边界的测量信号来反演内部光学参数场,由于介质内部的吸收、散射系数分布与介质内部的结构相关,所以弥散介质内部吸收、散射系数的重建技术有助于探测介质内部几何结构。作为一种有效的探测技术,弥散介质光学参数场重建广泛应用于无损探测、光学成像、红外遥感、信息处理和故障诊断等领域。近红外激光作用于弥散介质,会得到与介质内部吸收、散射系数分布相关的辐射信号,所以重建介质内部吸收、散射系数首先需要建立模拟激光在介质内的传输模型,以计算介质边界的出射辐射信号。根据采用激光光源的不同,辐射传输模型可以分为稳态(连续激光)、时域(脉冲激光)和频域(调频激光)模型,在这三种模型中,采用调频激光的频域辐射传输模型可以避免时域模型的技术限制,同时能够提供比稳态模型更多的测量信息,成为在辐射反问题中最具发展前景的计算模型。传统弥散介质光学参数分布的重建过程中,辐射信号的测量主要以接触式的光纤测量为主,种接触式测量方法需要多光纤通道和光开关来实现多点信号测量,装置复杂;接触式的光纤测量过程中,进行每次测量时都需要设置多光纤通道,导致该方法的测量效率较低,并且利用该方法进行光学系数重建时,在测量次数较少的情况下,存在病态特性和吸收、散射系数之间的串扰问题,所以需要进行多次测量克服这种问题,使得利用光纤进行弥散介质光学参数分布的重建方法的测量效率较低;同时,利用光纤进行弥散介质光学参数分布的重建方法所得的信号为辐射热流密度,无法区分各个方向的辐射强度信号。专利技 ...
【技术保护点】
基于光场相机与调频激光的弥散介质光学参数分布的重建探测装置,其特征在于所述装置包括:激光控制器(1)、激光头(2)、至少一个光场相机(4)和数据采集处理系统(5);激光控制器(1)的一端连接激光头(2)的激光控制信号输出端,激光控制器(1)的另一端连接数据采集处理系统(5);激光头(2)正对弥散介质(3);光场相机(4)分布在弥散介质(3)的周围,光场相机(4)的信号输出端连接数据采集处理系统(5)的输入端;数据采集处理系统(5)对获得的辐射场信号进行处理,并计算得到得到弥散介质的光学参数场的分布。
【技术特征摘要】
1.基于光场相机与调频激光的弥散介质光学参数分布的重建探测装置,其特征在于所述装置包括:激光控制器(1)、激光头(2)、至少一个光场相机(4)和数据采集处理系统(5);激光控制器(1)的一端连接激光头(2)的激光控制信号输出端,激光控制器(1)的另一端连接数据采集处理系统(5);激光头(2)正对弥散介质(3);光场相机(4)分布在弥散介质(3)的周围,光场相机(4)的信号输出端连接数据采集处理系统(5)的输入端;数据采集处理系统(5)对获得的辐射场信号进行处理,并计算得到得到弥散介质的光学参数场的分布。2.利用权利要求1所述的装置进行弥散介质光学参数分布的重建方法,其特征在于所述方法包括以下步骤:步骤一:开启激光控制器(1),使激光头(2)发射出的调频激光入射到弥散介质(3)上,然后将弥散介质(3)旋转n次,并利用激光照射弥散介质(3),n≥0;激光头(2)每发射一次激光则利用光场相机(4)采集一次弥散介质透射或反射出的辐射场信号,然后将获得的所有辐射场信号发送至数据采集处理系统(5)中,数据采集处理系统(5)分别对其获得的辐射场信号进行处理,获得弥散介质边界的出射光谱辐射强度值作为测量信号,s代表光源照射序号,d代表探测点位置序号;步骤二:假设弥散介质的光学参数场为μ0,将μ0带入频域辐射传输方程,计算得到介质边界的透反射辐射强度信号与步骤一中的测量信号构成目标函数F(μ0);步骤三:根据共轭梯度法更新弥散介质光学参数场的分布值:μk=μk-1+Δμ,k=1,2,…;步骤四:根据第k步迭代得到的光学参数分布μk,通过频域辐射传输方程计算介质边界的辐射强度信号计算目标函数F(μk),如果目标函数值小于极少值ε,执行步骤六;否则,执行步骤五;步骤五:如果迭代次数k达到最大迭代次数K,使当前的光学参数场分布作为初值,重新开始迭代,即令μ0=μk,即将μk的值赋予μ0,执行步骤二;否则,执行步骤三;步骤六:将当前迭代得到的光学参数场作为重建结果,结束反演过程。3.根据权利要求2所述的弥散介质光学参数分布的重建方法,其特征在于所述的光学参数场μ包括弥散介质的吸收系数μa和散射系数μs,弥散介质的吸收系数μa和散射系数μs的分布图像是同时重建的。4.根据权利要求2或3所述的弥散介质光学参数分布的重建方法,其特征在于步骤二和步骤四中所述的频域辐射传输方程通过离散坐标法求解,频域辐射传输方程的表达式如下: [ i ω c + Ω · ▿ + ( μ a + μ s ) ] I ( r , Ω , ω ) = μ s 4 π ∫ 4 π I ( r , Ω ′ , ω ) Φ ( Ω ′ , Ω ) dΩ ′ ]]>其中,i表示虚数单位,ω为调制频率,c为弥散介质中的光速,Ω为辐射传输方向,表示梯度;μa、μs分别为μa、μs中的元素;r为空间位置,I(r,Ω,ω)为在t时刻、位置为r、调频为ω的辐射强度,Ω′为辐射入射方向,Ω′表示立体角;Φ(Ω′,Ω)为弥散介质(3)的散射相函数;dΩ′表示微分。5.根据权利要求4所述的弥散介质光学参数分布的重建方法,其特征在于步骤四中目标函数方程的表达式如下: F ( μ ) = 1 2 Σ s Σ d [ I ...
【专利技术属性】
技术研发人员:齐宏,乔要宾,阮世庭,阮立明,谈和平,周鹜,蔡小舒,
申请(专利权)人:哈尔滨工业大学,
类型:发明
国别省市:黑龙江;23
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